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LARK-1i-C4H8红外VOC传感器

  VOC是可挥发有机物的简称,是现在环保行业重点监测的对象。之所以要重点监测它,是因为VOC、CO、NO、NO2在光照的条件下,经过一连串的化学和光化学反应后会生成臭氧O3。虽然低浓度的O3(<0.1ppm)对人体没有多大伤害,但污染特别严重的地区,紫外光照度也比较大的地区或时间段,白天O3的浓度会达到好几百ppb(1ppb为0.001ppm),这就是人们的呼吸道疾病多发的主要原因之一。

  一般地,VOC传感器的标定物是用异丁烯(i-C4H8),之所以选定它,是因为:1. 异丁烯低毒;2. 分子含4个碳原子,碳链不长也不短,具有VOC代表性。3. PID比较容易电离i-C4H8。

  很多朋友可能会问,VOC的检测,环保部门不是规定使用火焰离子化的探测器(FID)吗?比较小型的传感器还有紫外光离子化探测器(PID),非色散红外(NDIR)原理的VOC传感器LARK-1 i-C4H8有什么存在的必要性呢?有必要。

  我将以上3种技术进行了比较,综合在下面的表格中,供各位看官查阅。

  表1 FID、PID、NDIR三种技术检测VOC的对比

  

 

  通过上面的比较我们发现,当用户需要监测比较高浓度的VOC,并且对成本和寿命要求比较高的应用场合,NDIR技术的LARK-1 i-C4H8是最合适的选择。

  1、LARK-1 i-C4H8的基本性能

  

 

  上图是LARK-1 i-C4H8通入N2和100ppm i-C4H8的曲线。通过这根曲线我们可以知道:

  1. 其响应时间T90和恢复时间RT90都在5秒钟之内;

  2. 分辨率在5ppm之内;

  3. 在低浓度的时候,检测精度可以达到±10ppm。也就是说,在线测量汽车厂喷涂车间、家电厂喷涂车间等高浓度VOC环境的时候,LARK-1 i-C4H8是非常适合的。

  

 

  上图是LARK-1 i-C4H8测量N2和1000ppm i-C4H8时候的曲线。

  

 

  上图是LARK-1 i-C4H8测量N2和5000ppm i-C4H8时候的曲线。

  2、线性

  

 

  上图中,是LARK-1 i-C4H8依次通入0 - 1000ppm被测气体时的测量曲线,通气浓度分别为:0—250ppm—500ppm—750ppm—1000ppm,最大误差为19ppm。如果将零点负漂修正,会将整体的读数向上抬高13ppm,误差就能控制在10ppm之内了。

  

 

  将0 – 1000ppm的测量均值做一根线性直线的话,其线性判决系数R^2为0.999956。

  

 

  上图中,是LARK-1 i-C4H8依次通入0 - 10000ppm被测气体时的测量曲线,通气浓度分别为:0—1500ppm—3000ppm—4500ppm—6000ppm—7500ppm—9000ppm—10000ppm,最大误差发生在10000ppm处,误差为90ppm,相对误差为-0.9%rel。

  

 

  将0 – 10000ppm的测量均值做一根直线的话,其线性判决系数R^2为0.999943。

  3、重现性

  

 

  上图是依次通入6次N2和500ppm i-C4H8的曲线,可以看出,其读数的重现性的标准差可以控制在5ppm之内,最大一次的读数误差发生在2100秒左右的-8ppm。

  4、长时间通气实验

  

 

  上图是通入1000ppm i-C4H8 1小时的曲线。在1小时中,读数非常稳定,最大读数为989ppm,最小的读数为982ppm。

  

 

  5、高低温实验

  

 

  上图中,是LARK-1放在高低温箱中,温度变化的次序是20℃—0℃—-20℃—0℃—20℃—40℃—50℃—40℃—20℃。每一个温度下,待温度平衡之后,通入N2和1000ppm i-C4H8所测得的数据。从该图中我们可以得知,在高温和低温的情况下,传感器的读数会发生负漂。但是如果用户的仪器中如果能够做好负读数的补偿,所得到的读数也会是相当准的。例如-20℃的时候,经过负读数补偿所得到的1000ppm读数将是:674 – (-349) = 1023ppm。该补偿算法是比较高端的算法,还需要结构设计的配合。如果您对此算法感兴趣,可以来电单独沟通。

  

 

  6、湿度实验

  

 

  注:图中所列出来的水蒸气的浓度单位不是%RH。0.45%vol、1.15%vol、1.83%vol的水蒸气换算成ppm,对应的是4500ppm、11500ppm和18300ppm水蒸气。

  上图是在20℃的时候,通入不同湿度的N2和i-C4H8时候的读数。通过该图,我们可以得到如下一些结论:

  1. 在温度不变,湿度增大的条件下,传感器的读数会比气体浓度真值偏大,湿度越高,偏大越多,而且基本呈线性增大。

  2. 在用气袋配气做湿度实验的时候,我们发现,气袋本身是有VOC挥发的,浓度因不同的气袋品牌和型号而不同。有兴趣的朋友,可以来电话沟通细节。

  3. 在每次通完带湿度的气体之后,LARK-1 i-C4H8的读数都会回复到最初的读数附近。误差基本上可以控制在10ppm。

  

 

  注:2%vol、6%vol、10%vol的水蒸气对应的ppm浓度值分辨是20000ppm、60000ppm和100000ppm。

  上图是在50℃的时候,通入不同湿度的N2和i-C4H8时候的读数。该图所得到的结论,跟20℃的时候所得的结论是类似的。

  在零度以下的湿度实验我们就忽略不做了,因为水在零度以下绝大多数都已经凝结成了冰,只有极少量的气态水存在。举个例子,在-20℃的温度下,100%RH所对应的绝对湿度也只有0.88g/M^3,折合成相对浓度仅为1173ppm。

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